(57)【要約】【課題】小型な電動アクチュエータを提供する。【解決手段】回転子１０ｂおよび固定子１０ａを有する電動モータ１０と、直動軸２０ａおよびナット２０ｂを有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構２０と、を備え、電動モータ１０と回転直動変換機構２０のナット２０ｂを回転直動変換機構２０の直動方向に対して直列に配置し、電動モータ１０の回転子１０ｂは、ナット２０ｂとともに回転するスリーブ２０ｃに着設され、スリーブ２０ｃは、直動軸２０ａが挿通する空間２０ｄを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子および固定子を有する電動モータと、
直動軸およびナットを有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備え、
前記電動モータと前記回転直動変換機構のナットを前記回転直動変換機構の直動方向に対して直列に配置し、
前記電動モータの回転子は、前記ナットとともに回転するスリーブに着設され、
該スリーブは、前記直動軸が挿通する空間を有する
ことを特徴とする電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記電動モータの固定子外径は、
前記回転直動変換機構のナット外周に軸着した軸受の軸受外径と同程度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記回転直動変換機構の前記直動軸の最大移動量は、
前記電動モータの軸方向幅以上で構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記電動モータの軸方向幅と前記回転直動変換機構の前記直動軸の最大移動量が同程度となるように前記電動モータの固定子外径を構成し、
前記電動モータの固定子外径を前記回転直動変換機構のナット外周に軸着した軸受の軸受外径と同程度となるように該軸受外径を構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記回転直動変換機構は、
前記直動軸に構成された螺旋状の溝と前記ナットとが螺合して構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項６】
前記空間は、
前記回転直動変換機構の直動軸外径以上で構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動駆動する電動アクチュエータに関し、特に、電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する機構要素である回転直動変換機構と、を備える電動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、垂直方向に高推力を発生する駆動機構として、油圧シリンダや直動駆動する電動アクチュエータなどが知られている。直動駆動する電動アクチュエータの構成は、駆動源として回転駆動する電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構の１つであるボールねじ機構と、を組み合せることで実現できる。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００５−０７３３２０号公報）には、ボールねじ機構のナット外周に電動モータを構成したダイレクトドライブ方式とすることで、電動モータの回転子と固定されたボールねじ機構のナットを回転し、ナットと螺合するねじ軸（直動軸）が直動駆動する構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００７−１８７２６２号公報）には、ボールねじ機構のナット部材が、電動モータのロータマグネット（回転子）内に挿通された状態で、ハウジングに回転可能に支持されて、ロータマグネット（回転子）と一体回転するダイレクトドライブ方式であり、出力軸（直動軸）はナット部材内に挿通されており、外周面のボール溝との間にボールを介装し、出力軸（直動軸）はロータマグネット（回転子）の回転に伴うナット部材の回転により、軸方向に直動駆動する電動アクチュエータの構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０７３３２０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電動モータと、電動モータの回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備える直動駆動用の電動アクチュエータにおいて、直動軸の移動量が長いと電動アクチュエータの全長が伸びるため、電動アクチュエータ全体は大型化する。
また、特許文献１および特許文献２のような回転直動変換機構のナット外周に電動モータを構成するダイレクトドライブ方式では、全長を抑えることはできるが電動モータの外径が大きくなるため、電動アクチュエータ全体は大型化する。
【０００７】
そのため、例えば、現状で油圧シリンダを用いている高推力用の駆動機構において、電動化による省エネや油を不要とすることによるメンテナンス性の向上を目的として、油圧シリンダに替えて電動アクチュエータの適用を検討する場合、油圧シリンダによる駆動機構を有する既存の装置に搭載するには、電動アクチュエータは寸法が大きく、また、全長が長いなどの課題があり、電動アクチュエータの搭載し難かった。
【０００８】
そこで、本発明は、小型な電動アクチュエータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、回転子および固定子を有する電動モータと、直動軸およびナットを有し、回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構と、を備え、前記電動モータと前記回転直動変換機構のナットを前記回転直動変換機構の直動方向に対して直列に配置し、前記電動モータの回転子は、前記ナットとともに回転するスリーブに着設され、該スリーブは、前記直動軸が挿通する空間を有することを特徴とする電動アクチュエータである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来よりも小型な電動アクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。
【図２】直動軸が最大移動量まで移動した状態における第１実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。
【図３】第１実施形態に係る電動アクチュエータの概略構成図である。
【図４】第２実施形態に係る電動アクチュエータの概略構成図である。
【図５】第１比較例に係る電動アクチュエータの概略構成図である。
【図６】第２比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータの概略構成図である。
【図７】第３比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１３】
≪第１実施形態≫
図１を用いて、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａについて説明する。図１は、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの縦断面図である。
【００１４】
図１に示すように、直動駆動する電動アクチュエータ１００Ａは、駆動源として回転駆動する電動モータ１０と、電動モータ１０の回転運動を直動運動に変換する回転直動変換機構２０と、エンコーダ３０と、スラスト軸受４０と、スライダ可動子５０ａおよびスライダ固定子５０ｂから構成されるスライダ５０と、押圧プレート６０と、円筒形状のハウジング７０と、を備えている。
【００１５】
回転直動変換機構２０は、螺旋状の溝を有する直動軸２０ａと、同様に螺旋状の溝を有するナット２０ｂとを有し、ナット２０ｂを直動軸２０ａに螺合して構成される。
【００１６】
直動軸２０ａの先端には、押圧プレート６０が固着され、押圧プレート６０にはスライダ可動子５０ａが配置されている。スライダ可動子５０ａは、電動アクチュエータ１００Ａを搭載する構造体（図示せず）と結合されたスライダ固定子５０ｂに沿って直動方向にのみ移動可能に構成されている。即ち、スライダ５０（スライダ可動子５０ａ，スライダ固定子５０ｂ）により、直動軸２０ａの回転運動を防止し、直動軸２０ａを直動方向にのみ移動することができるようになっている。
【００１７】
よって、回転直動変換機構２０は、ナット２０ｂを回転運動させることにより、直動軸２０ａを直動軸２０ａの螺旋方向に直動運動させることができるようになっている。
【００１８】
電動モータ１０は、ハウジング７０と固定される固定子１０ａと、回転子１０ｂとを有し、回転直動変換機構２０のナット２０ｂを回転運動させる駆動源として機能するようになっており、回転直動変換機構２０の直動軸２０ａの直動方向に対して、回転直動変換機構２０と直列に配置される。
【００１９】
電動モータ１０の回転子１０ｂは、直列に配置した回転直動変換機構２０のナット２０ｂと着設して構成される。
具体的には、ナット２０ｂから直動方向に延出したスリーブ２０ｃが形成され、スリーブ２０ｃの外周面に回転子１０ｂが着設される。
また、スリーブ２０ｃの内部には、空間２０ｄが形成され、電動アクチュエータ１００Ａが縮んだ状態において、直動軸２０ａが収納されるようになっている。
【００２０】
なお、スリーブ２０ｃの外径は、ナット２０ｂの外径よりも小さくなるように構成されている。また、スリーブ２０ｃ（空間２０ｄ）の内径は、直動軸２０ａの外径よりも大きくなるように構成され、直動軸２０ａが収納された状態において、スリーブ２０ｃと直動軸２０ａとが非接触となるように構成されている。
【００２１】
ナット２０ｂおよびスリーブ２０ｃで構成される回転部材は、ナット２０ｂの外周面において、主に一方向のスラスト荷重を受けるスラスト軸受４０を介してハウジング７０と固定され、更に、電動モータ１０から見てスラスト軸受４０の反対側において軸受１０ｃを介してハウジング７０と固定される。
【００２２】
エンコーダ３０は、回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）の回転角および／または回転速度を検出することにより、押圧プレート６０の位置および／または移動速度を検出することができるようになっている。
【００２３】
よって、電動モータ１０を駆動させることにより、回転子１０ｂと着設される回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）を回転運動させることができるようになっている。
【００２４】
以上説明した構成により、電動アクチュエータ１００Ａは、電動モータ１０を駆動させることにより、回転子１０ｂと着設される回転部材（ナット２０ｂ，スリーブ２０ｃ）を回転運動させ、直動軸２０ａを直動軸２０ａの螺旋方向に直動運動させることができるようになっている。
【００２５】
図２は、直動軸２０ａが最大移動量まで移動した状態における第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの縦断面図である。
【００２６】
図２に示すように、直動軸２０ａが電動モータ１０の対向方向に移動することで、電動モータ１０の回転子１０ｂの内部に直動軸２０ａが移動したことで生じた空間２０ｄが形成される。このように電動モータ１０の回転子１０ｂの内部を直動軸２０ａの移動空間としても利用することができるようになっている。
【００２７】
＜比較例との対比＞
ここで、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの構造の構成について、図５に示す第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃおよび図６に示す第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄと対比しつつ、図３を用いて説明する。
なお、図３、図５、図６（および、後述する図４、図７）の説明において、主要な構成要素を判りやすく示すために、エンコーダ３０、スライダ５０、ハウジング７０等は適宜省略して図示している。
【００２８】
まず、図５を用いて一般的な電動アクチュエータの概略構造について説明する。特に、高推力を出力可能で、主に一方向に過大なスラスト荷重を受ける駆動機構に適用するときの電動アクチュエータの構成を示す。図５は、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃの概略構成図である。
【００２９】
電動アクチュエータ１００Ｃは、主な構成要素として、電動モータ１０と、回転直動変換機構２０の直動軸２０ａおよびナット２０ｂと、スラスト荷重を受けるスラスト軸受４０と、押圧プレート６０と、から構成される。
電動モータ１０の回転子１０ｂは、連結部材２０ｅを介して転直動変換機構２０のナット２０ｂと固定され、電動モータ１０の回転運動でナット２０ｂが回転運動する。ナット２０ｂの回転運動により、ナット２０ｂに螺合された直動軸２０ａが直動運動する構成であり、スラスト荷重を受けるスラスト軸受４０はナット２０ｂの外周に配置する。
【００３０】
ここで、電動アクチュエータ１００Ｃの直動方向長さについて検討する。
直動軸２０ａは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１＋ナット２０ｂの長さＨｎ１以上必要であり、電動モータ１０と回転直動変換機構２０との間に最大移動量Ｌ１分の直動軸２０ａの移動空間を確保する必要がある。
このため、電動アクチュエータ１００Ｃの直動方向長さは、電動モータ１０の長さＨｍ、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｈｍ＋Ｌ１＋Ｈｎ１」が必要となる。
このように、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃは、直動方向に縦長となり、最大移動量Ｌ１によっては更に縦長となる。
【００３１】
そのため、電動アクチュエータの直動方向長さを短く構成するために、図６に示すようなナット２０ｂを直接駆動するダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータが知られている。図６は、第２比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータ１００Ｄの概略構成図である。
【００３２】
電動アクチュエータ１００Ｄは、ナット２０ｂの外周に電動モータ１０を構成し、ナット２０ｂを直接電動モータ１０で駆動する構成となっている。
このため、電動アクチュエータ１００Ｄの直動方向長さは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｌ１＋Ｈｎ１」が必要となり、第１比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｃ（図５参照）と比較して、電動モータ１０の長さＨｍ６の分だけ短縮することができる。
【００３３】
しかし、ナット２０ｂの外周に電動モータ１０を配置することで電動モータ１０の外径φＤｍ６が拡大する。
また、回転直動変換機構２０のナット２０ｂは、外周に配置した電動モータ１０による発熱の影響を受け易い構造であり、回転直動変換機構２０に精密な機構要素のボールねじ機構を用いる場合は熱の影響を考慮した対策が必要となる。
【００３４】
第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａの概略構成図である。
【００３５】
図６に示す電動モータ１０の外径φＤｍ６より縮小するために、電動アクチュエータ１００Ａにおいて電動モータ１０とナット２０ｂを直動方向に対して直列に配置する。また、電動モータ１０の回転子１０ｂとナット２０ｂを直列に固定し、更に回転子１０ｂの中心部を直動軸２０ａが通過するための空間２０ｄ（図１および図２参照）を設ける。
【００３６】
また、電動モータ１０の外径をスラスト軸受４０の外径φＤｂ１と同程度のφＤｍ１とし、電動モータ１０の出力トルクを電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の電動モータ１０と等しくするため、電動アクチュエータ１００Ａにおける電動モータ１０の長さＨｍ１を電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）における電動モータ１０の長さＨｍ６（図６参照）より拡大する。
【００３７】
ここで、「電動モータ１０の長さＨｍ１≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１」であれば、電動アクチュエータ１００Ａの直動方向長さは、直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１、ナット２０ｂの長さＨｎ１の合計である「Ｌ１＋Ｈｎ１」となり、電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）と同様に短縮することができる。
加えて、電動アクチュエータ１００Ａの最大外径はφＤｍ１（φＤｂ１）となり、電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の最大外径φＤｍ６より小さくすることができる。
【００３８】
また、電動アクチュエータ１００Ａは、図１および図２に示すように、ハウジング７０が円筒形状に近づき、凹凸が少なく、空間を有効に利用した構造であり、油圧シリンダ形状にも近く、現油圧シリンダを用いた装置の駆動装置に適用し易い構成である。もちろん油圧シリンダとの置き替えを考える場合には、更に圧縮機が不要であり、また、油不要によるメンテナンス性が向上する。
【００３９】
また、図１から図３に示すように、電動アクチュエータ１００Ａは、電動モータ１０とナット２０ｂを直列配置することで、図６に示す電動アクチュエータ１００Ｄの構成と比較して、電動モータ１０発熱の影響を受け難い構成である。また、電動モータ１０内部にナット２０ｂを配置していないため、ナット２０ｂ外周からファンなどによる冷却が容易な構成でもある。
【００４０】
≪第２実施形態≫
第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ（図３参照）は、「電動モータ１０の長さＨｍ１≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１」であるものとして説明した。
第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂ（図４参照）は、直動軸２０ａの最大移動量が短い場合、即ち、「電動アクチュエータ１００Ｂの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２（図４参照）＜電動アクチュエータ１００Ａの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ１（図３参照）」であり、「電動アクチュエータ１００Ｂの直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２（図４参照）＜電動モータ１０の長さＨｍ１（図３参照）」となる場合について説明する。
なお、「Ｌ２（Ｌ１）＜Ｈｍ１」の場合、第１実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ（図３参照）の直動方向長さは「Ｈｍ１＋Ｈｎ１」となり、第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）の直動方向長さ「Ｌ１＋Ｈｎ１」より長くなる。
【００４１】
第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂの構成について図７に示す第３比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｅと対比しつつ、図４を用いて説明する。図４は、第２実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ｂの概略構成図である。
図７は、第３比較例に係るダイレクトドライブ方式の電動アクチュエータ１００Ｅの概略構成図である。なお、第２比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｄ（図６参照）と第３比較例に係る電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）とは、直動軸２０ａの最大移動量がＬ１とＬ２（Ｌ２＜Ｌ１）で異なる点を除けば同様であり説明を省略する。
【００４２】
電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、「電動モータ１０の長さＨｍ２≦直動軸２０ａの最大移動量Ｌ２」となるように、電動モータ１０の長さＨｍ２を短く設計する。
また、電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、電動モータ１０の出力トルクを電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）の電動モータ１０と等しくするため、電動モータ１０の固定子１０ａおよび回転子１０ｂを太く設計することで電動モータ１０の外径をφＤｍ２に拡大する。ここで、電動アクチュエータ１００Ｂにおいて、電動モータ１０の外径φＤｍ２とスラスト軸受４０の外径φＤｂ２がφＤｍ２≒φＤｂ２となるように設計し、このスラスト軸受４０の内径に合わせてナット２０ｂの外径をφＤｎ２、ナット２０ｂの長さをＨｎ２に設計することにより、電動アクチュエータ１００Ｂの直動方向長さは「Ｌ２＋Ｈｎ２」となり、電動アクチュエータ１００Ｅ（図７参照）の直動方向長さの「Ｌ２＋Ｈｎ１」より短縮することができる。また、電動アクチュエータ１００Ｂは、円筒形状に近づき、凹凸が少なく、空間を有効に利用した構造となる。
【００４３】
上記構成を実現するには、回転直動変換機構２０が受けるスラスト限界荷重値を変更することなく、外径形状を細長構造から太短構造に変更できる回転直動変換機構２０を用いれば可能である。
【００４４】
例えば、回転直動変換機構２０としてボールねじ機構を適用する場合、ボールねじ機構は、螺旋状のボールねじ溝部を有する直動軸２０ａと、同様に螺旋状のボールねじ溝部を有するナット２０ｂとを、球状のボールを介して螺合して構成されるものであり、多数のボールがナット２０ｂのボールねじ溝と点接触してスラスト荷重を支える構造である。
【００４５】
そのため、直動軸２０ａのボールねじ溝部に接触するボールの個数、および、ボールの大きさに起因する１個当たりの限界荷重によってボールねじ機構の最大スラスト荷重が求められ、ボールの大きさおよび個数によりナット２０ｂの形状が変化する。
【００４６】
大まかに言えば、スラスト限界荷重値を一定として、太短構造のナット形状にするには、ボール１個の耐荷重を増加するためボール外径を拡大し、螺旋状に配置するボール個数を減少することで実現できる。
【００４７】
また、回転直動変換機構２０として台形ねじ機構を適用する場合においても、同様のことがいえる。つまり、台形形状の溝を拡大することで、ナット２０ｂとの接触面積を拡大すれば、ナット２０ｂの直動方向長さを短く設計することが可能である。
【００４８】
上記したボールねじ機構、台形ねじ機構以外の回転直動変換機構２０においても、同スラスト限界荷重におけるナット形状の可変性がある回転直動変換機構２０を用いれば同様の効果が得られる。
【００４９】
以上説明した構成により、電動アクチュエータを小型化が可能であり、更に凹凸の少ない円筒形状に近似な構成の電動アクチュエータを提供することができる。このため、現状で油圧シリンダを用いている駆動機構に適用し易く、油圧シリンダに必須の圧縮機を不要とすることによる小型化、及び油を不要とすることによるメンテナンス性の向上が期待できる。
【００５０】
＜変形例＞
なお、本実施形態（第１実施形態，第２実施形態）に係る電動アクチュエータ１００Ａ，１００Ｂは、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００５１】
本実施形態に係る電動アクチュエータ１００Ａ，１００Ｂは、高推力を必要とし、一方向に過大なスラスト荷重を支持するスラスト軸受４０を必要とする電動アクチュエータについて説明したが、ラジアル荷重、スラスト荷重、および、ラジアル荷重とスラスト荷重を両方受ける構造についても同様であり、上記に限定するものではない。
【００５２】
また、スラスト軸受４０として、一方向のスラスト荷重または剛性荷重を受けるのに適するアンギュラ玉軸受を複数用いて高荷重を受ける構造として説明したが、スラスト玉軸受を用いた構造でも同様であり、軸受の種類に関係なく小型化が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０      電動モータ
１０ａ    固定子
１０ｂ    回転子
１０ｃ    軸受
２０      回転直動変換機構
２０ａ    直動軸
２０ｂ    ナット（回転部材）
２０ｃ    スリーブ（回転部材）
２０ｄ    空間
３０      エンコーダ
４０      スラスト軸受
５０      スライダ
５０ａ    スライダ可動子
５０ｂ    スライダ固定子
６０      押圧プレート
７０      ハウジング
１００Ａ、１００Ｂ  電動アクチュエータ
【図１】
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【図２】
2013240138.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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